第五章通信基本原理与接口电路设计智能仪表基本原理和设计

1、第五章通信基本原理与接口电路设计智能仪表基本原理和设计5.1 概述概述本章主要内容：本章主要内容：5.2 串行总线通信串行总线通信5.3通用串行总线通用串行总线 USB 5.4现场总线技术及现场总线智能仪表现场总线技术及现场总线智能仪表5.5 工业以太网及其通信程序设计工业以太网及其通信程序设计5.6 短程无线通信与蓝牙技术短程无线通信与蓝牙技术 控制系统的发展推动了智能仪表通信接口的发展。控制系统的发展推动了智能仪表通信接口的发展。仪表之间要进行信息交换和传输，这是通过仪表的通信仪表之间要进行信息交换和传输，这是通过仪表的通信接口、按照一定的协议来实现的。通信接口是各台仪表接口、按照一定的协

2、议来实现的。通信接口是各台仪表之间或仪表与之间或仪表与PC机之间进行信息交换和传输的联络机之间进行信息交换和传输的联络装置。装置。5.1 概述概述异步串行通信接口异步串行通信接口并行通信接口并行通信接口USB接口（通用串行总线）接口（通用串行总线）现场总线接口现场总线接口以太网接口以太网接口电力网络电力网络蓝牙技术：无线通信网络、蓝牙技术：无线通信网络、ZigBee通信接口主要有以下类型：通信接口主要有以下类型：5.1 概述概述5.2 串行总线通信串行总线通信5.2.1 串行总线介绍串行总线介绍5.2.2 串行通信的基本概念串行通信的基本概念5.2.3 串行通信接口标准串行通信接口标准5.2.

3、4 典型的串行通信接口器件典型的串行通信接口器件5.2.5 串行多机通信串行多机通信 传统的通信接口包括并行和串行通信接口，控传统的通信接口包括并行和串行通信接口，控制系统普遍使用串行通信方法。串行通信接口标准制系统普遍使用串行通信方法。串行通信接口标准有有RS-232C、RS-422、RS-485等。等。5.2 串行总线通信串行总线通信5.2.1 串行总线介绍串行总线介绍RS-232C以位串型方式传输数据，以位串型方式传输数据，1位起始位、位起始位、58 位位ASCII码数据及码数据及12位停止位，逻辑位停止位，逻辑1的电平是的电平是-15 -5V，逻辑，逻辑0的电平的电平+5 +15V，-

4、3+3V为过渡区。为过渡区。RS-232C的接口信号有：数据信号、控制信号和信号的接口信号有：数据信号、控制信号和信号地等，通常使用地等，通常使用9芯扁平插头座来连接串行通信线路。芯扁平插头座来连接串行通信线路。 5.2.1 串行总线介绍串行总线介绍工业上普遍使用工业上普遍使用RS-485串行接口标准串行接口标准, 因采用平衡差分因采用平衡差分信号线信号线, 故其数据传送率较故其数据传送率较RS-232C高高, 传送距离也长传送距离也长。 单片机有串行口单片机有串行口UART, 可以可以RS-232或或 RS-485标准传标准传输数据。输数据。5.2.2 串行通信的基本概念串行通信的基本概念串

5、行通信的特点串行通信的特点主要适用于长距离、低速率的通信中。主要适用于长距离、低速率的通信中。 数据在单条数据在单条1位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送；节省传输线（优点）；数据传输率较低（缺点）。；节省传输线（优点）；数据传输率较低（缺点）。通信线路工作方式（通信线路工作方式（P131）工作模式）工作模式单工方式单工方式（Simplex）：单行线（）：单行线（one way road）计算机在进行数据的发送和接收时，线上的数据流动只有一个计算机在进行数据的发送和接收时，线上的数据流动只有一个方向。方向。半双工方式半双工方式（Half-duplex）：

6、数据的流动为双向，但同）：数据的流动为双向，但同一时刻只能一个方向传输。即交替地进行双向数据传送一时刻只能一个方向传输。即交替地进行双向数据传送。全双工方式全双工方式（Full-duplex）：同时可以进行双向数据传）：同时可以进行双向数据传输。输。通信线路的连接方式通信线路的连接方式每秒传输的二进制位数，单位为每秒传输的二进制位数，单位为bps（bit per second ）也称比特率。）也称比特率。波特率波特率每秒传输的每秒传输的“符号符号”（也称离散状态）的个（也称离散状态）的个数。数。【例如，每秒传送例如，每秒传送1个符号，则波特率为个符号，则波特率为1波特波特】在计算机中，一个在计

7、算机中，一个“符号符号”的含义为高、低两种电平，分的含义为高、低两种电平，分别代表逻辑值别代表逻辑值“1”和和“0”，所以每个符号的信息量为，所以每个符号的信息量为1比比特，此时波特率与比特率刚好一致。特，此时波特率与比特率刚好一致。但在其他一些场合（例如通信中采用的但在其他一些场合（例如通信中采用的“相相幅幅”复复合调制技术，一个合调制技术，一个“符号符号”的信息含量就不是一个比特，的信息含量就不是一个比特，此时，波特率就不等于比特率。此时，波特率就不等于比特率。数据传输率数据传输率F（时钟频率）波特率因子波特率（时钟频率）波特率因子波特率波特率因子：数据传输率（波特率）与时钟频率之间波特率

8、因子：数据传输率（波特率）与时钟频率之间的比例系数的比例系数给定时钟频率，选择不同的波特率因子可得到不同的波给定时钟频率，选择不同的波特率因子可得到不同的波特率。特率。例如：例如：f = 19.2 kHz，若选波特率因子为，若选波特率因子为16，则波特率为，则波特率为1200 bps。若选定波特率因子和波特率，则相应的确定了对时钟频率若选定波特率因子和波特率，则相应的确定了对时钟频率的要求。的要求。 12001619200（时钟频率）（时钟频率）波特率因子波特率因子 异步通信方式异步通信方式（Asynchronous）串行通信接收方式串行通信接收方式 同步通信方式同步通信方式（Synchron

9、ous）异步通信方式：也称异步通信方式：也称“起止同步式起止同步式”。异步通信规程异步通信规程: :一个字符（若干个字位）作为一个独立的信息单元；一个字符（若干个字位）作为一个独立的信息单元；信息单元内是同步的，但信息单元之间是异步的；信息单元内是同步的，但信息单元之间是异步的；发送器和接收器可以没有共同的时钟；发送器和接收器可以没有共同的时钟；目前智能仪表与微机测控系统中大多采用异步通信方目前智能仪表与微机测控系统中大多采用异步通信方式。式。异步传输数据格式：（异步传输数据格式：（P130-131）1/0001115-8位数据位1/0停止位或空闲位1 1起始位奇偶校验第n个字符空闲位第n+1

10、个字符低位高位同步通信规程同步通信规程:发送器和接收器使用同一时钟源来同步发送器和接收器使用同一时钟源来同步用二进制系列（同步字符）来表示开始发送有效用二进制系列（同步字符）来表示开始发送有效数据数据如暂无数据发送，用同步字符填充如暂无数据发送，用同步字符填充成批发送的数据，成为数据流或数据场成批发送的数据，成为数据流或数据场两类：面向字符型（两类：面向字符型（BSC）；面向比特（）；面向比特（SDLC，HDLC）传输速率高，适用于设备间工作速度比较接近的场传输速率高，适用于设备间工作速度比较接近的场合。合。同步通信方式同步通信方式同步通信信息格式同步通信信息格式同步字符（SYN1) 同步字符

11、（SYN2)数据（DATA)校验：串行通信重要环节，衡量通信系统的指校验：串行通信重要环节，衡量通信系统的指标标奇偶校验（奇偶校验（Parity Check ）奇奇校验（校验（Odd Parity）、偶校验（）、偶校验（Even Parity）CRC校验（校验（Cyclic Redundancy Check ）差错校验差错校验信号远距离传输时，利用普通信号远距离传输时，利用普通 线进行传输线进行传输。现在的现在的 网是模拟通信系统，它是为传输话网是模拟通信系统，它是为传输话音信息而设计的。要在音信息而设计的。要在 网上传送数字信号网上传送数字信号，必须经过调制和解调，必须经过调制和解调调制调制

12、(Modulate)：数字信号：数字信号-模拟（音频）信模拟（音频）信号号解调解调(Demodulate)：模拟信号：模拟信号-数字信号数字信号信号的调制与解调信号的调制与解调方法：选取音频范围某一频率的正（余）弦模拟信方法：选取音频范围某一频率的正（余）弦模拟信号作为载波，用以运载所要传送的数字信号。要用号作为载波，用以运载所要传送的数字信号。要用传送的数字信号改变载波信号的幅值、频率或相位传送的数字信号改变载波信号的幅值、频率或相位，使之在信道上传送；到达信道另一端，再将数字，使之在信道上传送；到达信道另一端，再将数字信号从载波中取出。信号从载波中取出。调制技术调制技术 FSK frequ

13、ency shift keying， PSK Phase-Shift-Keying PAM Pulse Amplitude Modulation收发双方的同步方式收发双方的同步方式传输控制步骤传输控制步骤差错检验方式差错检验方式数据编码数据编码数据传输速度数据传输速度通信报文格式及控制字符的定义通信报文格式及控制字符的定义串行通信接口标准串行通信接口标准1969年，年， EIA制定的适合于制定的适合于DTE和和DCE之间相互连接之间相互连接与通信的串行通信规程。与通信的串行通信规程。最初为解决利用最初为解决利用 网进行通信的问题而提出。网进行通信的问题而提出。DTEData Terminal

14、Equipment (Computer)：数据：数据终端设备终端设备DCEData Communication Equipment(MODEM)：数据通信设备数据通信设备-Data Circuit-terminal Equipment 数字电路终端设备数字电路终端设备EIA RS232C标准标准1.1.数据传送格式数据传送格式RS232C总线上传输的异步通信典型数据格式总线上传输的异步通信典型数据格式标志位：标识位。一个字符在开始传输前，输出线必须标志位：标识位。一个字符在开始传输前，输出线必须在逻辑上处于在逻辑上处于“1”状态。状态。标识位标识位 起始位起始位 数据位数据位 校验位校验位 停

15、止位停止位(1) 采用负逻辑：采用负逻辑：5V15V逻辑逻辑0 5V15V逻辑逻辑1(2) 目的：目的：补偿传输线上的损耗补偿传输线上的损耗抗噪声干扰抗噪声干扰“0”转换区“1”“0”转换区“1”2V噪声容限15V5V5V15V15V3V3V15V2.2.电气信号特性（信号电平的规定）电气信号特性（信号电平的规定）(3)RS-232C电平与电平与TTL电平之间的转换电平之间的转换TTL： +5V：1 0V：0RS-232： -15V-3V： 1 +3V+15V：0TTL电平电平RS-232C电平：电平：MC1488RS-232C电平电平TTL电平：电平：MC1489 （a）MC1488 （b）

16、MC1489MC1488/1489是功能单一的发送是功能单一的发送/接受器，在双向数据传接受器，在双向数据传输中各端都要同时使用这两个器件，此外，又必须同时具输中各端都要同时使用这两个器件，此外，又必须同时具备正负两组电源，因此在很多场合很不方便。现在有一些备正负两组电源，因此在很多场合很不方便。现在有一些新型的新型的RS-232C电平转换电路芯片。例如：美国电平转换电路芯片。例如：美国MAXIM公司生产的公司生产的MAX RS-232C收发器芯片系列十分丰富。收发器芯片系列十分丰富。MAX220, MAX222, MAX223, MAX225, MAX230, MAX231, MAX232,

17、 MAX232A, MAX233, MAX233A, MAX234, MAX235, MAX236, MAX237, MAX238, MAX239, MAX240 ，MAX241, MAX242, MAX243, MAX244, MAX245, MAX246, MAX247, MAX248, MAX249 标准最初制定时采用标准最初制定时采用25根线根线25个功能引脚仅定义了个功能引脚仅定义了22个，个，22个信号分成两个信道个信号分成两个信道组组主信道组（第一信道）和辅信道组（第二主信道组（第一信道）和辅信道组（第二信道，较少使用）信道，较少使用）3.3.接口信号接口信号分类分类符号符号名称

18、名称引脚引脚说明说明地线地线 机架保护地（屏蔽地）机架保护地（屏蔽地）1 信号地（公共地）信号地（公共地）7 数据信数据信号线号线TXD数据发送线数据发送线2在无数据信息传输或收在无数据信息传输或收/发信息间隔期，发信息间隔期，RXD/TXD电平为电平为1。辅助信道传输速率较主信道低。其余同。辅助信道传输速率较主信道低。其余同RXD数据接收线数据接收线3TXD辅助信道数据发送线辅助信道数据发送线14RXD辅助信道数据接收线辅助信道数据接收线16定时定时信号信号线线 DCE发送信号定时发送信号定时15指示被传输的每个指示被传输的每个bit信息的中心位置信息的中心位置 DCE接收信号定时接收信号定

19、时17 DTE发送信号定时发送信号定时24 控控制制线线RTS请求发送请求发送4DTE发给发给DCECTS允许发送允许发送5DCE发给发给DTEDSRDCE装置就绪装置就绪6 DTRDTE装置就绪装置就绪20DTE发给发给DCEDCD接收信号（载波）检测接收信号（载波）检测8DTE收到满足标准的信号时置位收到满足标准的信号时置位 振铃指示振铃指示22由由DCE收到振铃时置位收到振铃时置位 信号质量检测信号质量检测21由由DCE根据数据信息是否有错而置位根据数据信息是否有错而置位/复位复位 数据信号速率选择数据信号速率选择23指定两种传输速率中的一种指定两种传输速率中的一种RTS辅助信道请求发送

20、辅助信道请求发送19 CTS辅助信道允许发送辅助信道允许发送13RCD辅助信道接收检测辅助信道接收检测12备备用用线线 9未定义，保留供未定义，保留供DCE装置测试使用装置测试使用 10 11 18 25DB-9 and DB-25 RS-232 Pin DesignationsSignalDB-9DB-25DCD18RxD23TxD32DTR420GND57DSR66RTS74CTS85RI922硬件握手使用硬件握手使用DSR、CTS、DTR和和RTS四条硬件线路。其四条硬件线路。其中中DTR和和RTS指的是计算机上指的是计算机上的的RS-232端；而端；而DSR和和CTS则则是指带有是指带

21、有RS-232接口的智能设备接口的智能设备。通过四条线的交互作用，计。通过四条线的交互作用，计算机主控端与被控的设备端可算机主控端与被控的设备端可以进行数据的交流，而在数据以进行数据的交流，而在数据传输太快而无法处理时，可以传输太快而无法处理时，可以通过这四条握手线的高低电位通过这四条握手线的高低电位的变化来控制数据是继续发送的变化来控制数据是继续发送还是暂停发送。还是暂停发送。右图描述了计算机向设备传输右图描述了计算机向设备传输数据时的硬件流量控制。数据时的硬件流量控制。直接连接的最长距离为直接连接的最长距离为1515米（米（5050英尺）英尺） 超过超过1515米需连米需连MODEMMOD

22、EM最高传输速率为最高传输速率为20Kbps20Kbps 1 25 13 141596 DB9连接器连接器 DB25连接器连接器 4.4.机械接口特性机械接口特性(1)全双向标准电缆全双向标准电缆(2)三线经济方式三线经济方式(3)零调制解调器（零调制解调器（Null Modem） 采用交叉采用交叉(2-3,20-6)反馈反馈(4-5)方式进行连接方式进行连接5.5.通信系统结构通信系统结构全双向标准电缆连接全双向标准电缆连接 计算机与计算机与Modem相连相连本 地 Modem远 程 Modem 计 算 机终 端123456782022机壳地发送数据接收数据请求发送允许发送Modem就绪信号

23、地载波检测终端就绪呼叫指示载波检测呼叫指示电话线三线方式信号连接三线方式信号连接 简单的应用场合，如双机通信等简单的应用场合，如双机通信等三线方式信号连接Null modem方式信号连接零调制解调器（零调制解调器（Null Modem） 采用交叉采用交叉(2-3,20-6)反馈反馈(4-5)方式进行连接方式进行连接(1) EIA RS-422A，采用，采用“平衡接口电路平衡接口电路”，输入差分电压，平衡驱动（全双工）输入差分电压，平衡驱动（全双工） 传输率传输率 10M bps传输距离传输距离10m(10M bps)1000m（100k bps） (2) EIA RS-423A，采用，采用“非

24、平衡接口电路非平衡接口电路”传输率传输率300k bps传输距离传输距离10m（300k bps）1000m（3k bps） RS-422A，RS-423A和和RS-485采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动 总线总线速度速度 （最大（最大10MB/S）,传送距离传送距离 （90KB/S下可传下可传1200米）米）以差分平衡方式传输信号以差分平衡方式传输信号 具有很强的抗共模干扰的能力具有很强的抗共模干扰的能力降低传输线成本降低传输线成本 允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备设备当前自动控制系统中常

25、用的网络，如现场总线当前自动控制系统中常用的网络，如现场总线CAN、Profibus、INTERBUS-S以及以及ARCNet的物理层都是基于的物理层都是基于RS-485的总线进行总结和研究的总线进行总结和研究(3)EIA RS-485A，采用，采用“平衡接口电路平衡接口电路” RS-232C，RS-422和和RS-485比较比较RS232C: 2条数据线、单端输入、全双工方式条数据线、单端输入、全双工方式RS422: 4条数据线、差动输入、全双工方式条数据线、差动输入、全双工方式RS485: 2条数据线、差动输入、半双工方式条数据线、差动输入、半双工方式串行通信是靠发送器、接收器、控制器和线

26、缆串行通信是靠发送器、接收器、控制器和线缆等部分来实现的。在程序控制下它主要完成等部分来实现的。在程序控制下它主要完成以下任务：以下任务：数据的串数据的串并及并并及并串转换。串转换。线路和线路和MODEMMODEM的控制及状态检测。的控制及状态检测。信号电平信号电平TTLTTL与与EIAEIA电平的转换。电平的转换。发送和接收数据。发送和接收数据。5.2.4 典型的串行通信接口器件典型的串行通信接口器件2. 两台两台8031采用采用RS232C总线通信总线通信两台8031采用RS232C总线通信（1）双机串行异步通信）双机串行异步通信 单片机与单片机间的串行异步通信接口设计单片机与单片机间的串

27、行异步通信接口设计5.2.5 串行多机通信串行多机通信 两台两台8031直接通信直接通信错误连接图正确连接图单片机与单片机与PC系列微机间的异步串行通信接口设计系列微机间的异步串行通信接口设计(P132)单片机与单片机与PC系列微机间的异步串行通信接口设计系列微机间的异步串行通信接口设计单片机之间的通信（多机通信）单片机之间的通信（多机通信）n# TXD RXD 80C51TXD RXD 80C511#TXD RXD 80C51TXD RXD 80C512#主机主机从机置从机置SM2=1，主机发地址码，主机发地址码 (第第9位位TB8为为1) ，以便，以便同某一从机沟通联络。同某一从机沟通联络

28、。所有从机判断此地址码是否与本机符合，相符者建立一标志所有从机判断此地址码是否与本机符合，相符者建立一标志（SM2=0），并向主机发回答信号。），并向主机发回答信号。主机发数据（第主机发数据（第9位位TB8为为0），）， 沟通联络的从机可接收沟通联络的从机可接收，并发数据给主机。，并发数据给主机。 TXD8031 RXD TXD8031 RXD14881489RXD PCTXD14881489o -12VPC机机 与单片机的通信接口与单片机的通信接口普通普通 PC机要接入机要接入RS-485总线，可用总线，可用MAX 202E、232E 等（等（RS 232与与TTL电平转换）和电平转换）和M

29、AX488、491、1487等（等（TTL 与与RS485电平转换）。电平转换）。 通信双方所用的波特率必须相同，因波特率误通信双方所用的波特率必须相同，因波特率误差会引起偏移。异步通信在约定的波特率下，差会引起偏移。异步通信在约定的波特率下，传送和接收的数据不需要严格保持同步，允许传送和接收的数据不需要严格保持同步，允许有相对的延迟，当频率差不大于有相对的延迟，当频率差不大于1/161/16时，可以时，可以正确的完成通信。正确的完成通信。 串口的关键部件串口的关键部件是通用异步接收发送器（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART）。它）

30、。它负责从计算机总线采集数据，转换成传输格式，然负责从计算机总线采集数据，转换成传输格式，然后发送到串口；也负责从串口接收数据，检查和删后发送到串口；也负责从串口接收数据，检查和删除附加的位，并传送结果数据给计算机总线。除附加的位，并传送结果数据给计算机总线。 下面是各种串口芯片的简介。下面是各种串口芯片的简介。 8250 8250是是IBM PC及兼容机使用的第一种串口芯片。这及兼容机使用的第一种串口芯片。这是一种相对来说很慢的芯片，有时候装载到它的寄存器速是一种相对来说很慢的芯片，有时候装载到它的寄存器速度太快，它来不及处理，就会出现数据丢失现象。度太快，它来不及处理，就会出现数据丢失现象

31、。8250有有7个寄存器，支持的最大波特率为个寄存器，支持的最大波特率为56kb。 8250A 是是8250的修正版。修正了一些小问题，增加了一个的修正版。修正了一些小问题，增加了一个用来表示安装了用来表示安装了8250的寄存器，最大速度还是的寄存器，最大速度还是56kb。1645016450是是8250A的的快速版快速版。加快了处理器存取它的速度，但最大速度还是。加快了处理器存取它的速度，但最大速度还是56kb。有些人实际用得比这高也可以。有些人实际用得比这高也可以。16C45116C451是是16450的的CMOS版本。版本。CMOS是制作材料和工艺的术语，一般比其它技是制作材料和工艺的术

32、语，一般比其它技术省电。速度方面无变化。术省电。速度方面无变化。1655016550是第一种带先进先出（是第一种带先进先出（FIFO）功能的）功能的8250系列串口芯片。但因为有缺系列串口芯片。但因为有缺陷，很快就被下一种代替。陷，很快就被下一种代替。16550A, 16550AF和和16550AFN16550A与用于与用于8250的软件兼容，而前者提供更高的性能。的软件兼容，而前者提供更高的性能。16550A的最大波特的最大波特率为率为256kb。但因为。但因为PC硬件设计的原因，编程时只能用到硬件设计的原因，编程时只能用到115kb。16550A的管脚的管脚与与8250、8250A和和16

33、450相同。如果你的扩展串口板上串口芯片安装在插座相同。如果你的扩展串口板上串口芯片安装在插座上，你可以用上，你可以用16550A替换进行简单的升级。替换进行简单的升级。16550A性能增强的关键是使用了先性能增强的关键是使用了先进先出（进先出（FIFO）。它有）。它有16字节的发送字节的发送FIFO寄存器和寄存器和16字节的接收字节的接收FIFO寄存器。寄存器。16C55116C551是是16550AF的的COMS版本。版本。16C55216C552是在一个芯片上包含两个是在一个芯片上包含两个16C551 PC机的波特率是通过对机的波特率是通过对8250内部寄存器初始化来实内部寄存器初始化来

34、实现的，即对现的，即对8250的除数锁存器置值。该除数锁存器为的除数锁存器置值。该除数锁存器为16位，由高位，由高8位和低位和低8位锁存器组成。位锁存器组成。若时钟输入为若时钟输入为1.8432MHz， （时钟频率）波特率因子波特率（时钟频率）波特率因子波特率 除数与波特率之间的关系为：除数与波特率之间的关系为： 除数除数=当对当对8250 初始化并预置了除数之后，初始化并预置了除数之后， 波特率发生器方波特率发生器方可产生规定的波特率（可产生规定的波特率（bps）。）。下表列出了可获得下表列出了可获得15种波特率所需设置的除数。种波特率所需设置的除数。表表 IBMPC波特率波特率要求的波特率

35、要求的波特率除数除数误差误差要求的波特率要求的波特率除数除数误差误差十进制十进制十六进制十六进制十进制十进制十六进制十六进制5023040900-1800640040-7515360600-200058003A0.69110104704170.0262400480030-134.585703590.0583600320020-1507680300-4800240018-3003840180-7200160010-60019200C0-960012000C-1200960060- 通信采用主从方式，由通信采用主从方式，由PC机确定与哪个单片机机确定与哪个单片机进行通信。进行通信。 在通信软件中，

36、应根据用户的要求和通信协定来在通信软件中，应根据用户的要求和通信协定来对对8250初始化，即设置通信参数：初始化，即设置通信参数：波特率（波特率（9600波特）、数据位数（波特）、数据位数（8位）、奇偶校验位）、奇偶校验类型和停止位数（类型和停止位数（1位）。位）。注意：这里的奇偶校验位用作发送地址码（通道号注意：这里的奇偶校验位用作发送地址码（通道号）或数据的特征位（）或数据的特征位（1表示地址），表示地址）， 而数据通信的而数据通信的校核采用累加和校验方法。校核采用累加和校验方法。数据传送可采用查询方式或中断方式。数据传送可采用查询方式或中断方式。若采用查询方式，在发送地址或数据时，先用输

37、入指若采用查询方式，在发送地址或数据时，先用输入指令检查发送器的保持寄存器是否为空。若为空，则用令检查发送器的保持寄存器是否为空。若为空，则用输出指令将一个数据输出给输出指令将一个数据输出给8250即可，即可，8250会自动地会自动地将数据一位一位地发送到串行通信线上。将数据一位一位地发送到串行通信线上。接收数据时，接收数据时，8250把串行数据转换成并行数据把串行数据转换成并行数据,并送入接并送入接收数据寄存器中收数据寄存器中,同时把同时把“接收数据就绪接收数据就绪”信号置于状态信号置于状态寄存器中。寄存器中。CPU读到这个信号后，读到这个信号后， 就可以用输入指就可以用输入指令从接收器中读

38、入一个数据了。令从接收器中读入一个数据了。 若采用中断方式：若采用中断方式：发送时，用输出指令输出一个数据给发送时，用输出指令输出一个数据给8250。若。若8250已将此数发送完毕，则发出一个中断已将此数发送完毕，则发出一个中断信号，说明信号，说明CPU可以继续发数。可以继续发数。若若8250 接收到一个数据，则发一个中断信号接收到一个数据，则发一个中断信号，表明，表明CPU可以取出数据。接收可以取出数据。接收采用查询方法发送和接收数据的程序框图如下图所示：采用查询方法发送和接收数据的程序框图如下图所示： 通信软件通信软件(单片机的通信程序见单片机课本单片机的通信程序见单片机课本, PC通信软

39、件可用通信软件可用C+、Delphi、VB等编制等编制 )VB演示程序的通信设置演示程序的通信设置: MSComm1.CommPort = 1MSComm1.Settings = 9600,n,8,1MSComm1.PortOpen = True通信发送、接收程序通信发送、接收程序: : b = b + 1If b = 20 Then b = 0End IfText1.Text = Str$(b)MSComm1.Output = Str$(b * 2)For i% = 1 To 20000Next i%Text2.Text = MSComm1.Input单片机采用中断方式发送和接收数据。串行口

40、设置为单片机采用中断方式发送和接收数据。串行口设置为工作方式工作方式3，由第，由第9位判断是地址码或数据。当某台位判断是地址码或数据。当某台单片机与单片机与PC机发出的地址码一致时，就发出应答信号机发出的地址码一致时，就发出应答信号给给PC机，而其它几台则不发应答信号。这样，在某一机，而其它几台则不发应答信号。这样，在某一时刻时刻PC机只与一台单片机传输数据。机只与一台单片机传输数据。单片机与单片机与PC机沟通联络后，先接收数据，再将机机沟通联络后，先接收数据，再将机内数据发往内数据发往PC机。机。定时器定时器T1作为波特率发生器作为波特率发生器,将其设置为工作方式将其设置为工作方式2，波特率

41、同样为波特率同样为9600。单片机的通信程序框图见下图：单片机的通信程序框图见下图：单片机的通信程序如下：（假设某单片机地址为单片机的通信程序如下：（假设某单片机地址为03H） COMMN: MOV TMOD, #20H ; 设置设置T1工作方式工作方式 MOV TH1, #0FDH ; 设置时间常数设置时间常数, 确定波特率确定波特率 MOV TL1, #0FDH SETB TR1 SETB EA SETB ES ; 允许串行口中断允许串行口中断 MOV SCON, #0F8H ; 设置串行口工作方式设置串行口工作方式 MOV PCON, #80H MOV 23H, #0CH ; 设置接收数

42、据指针设置接收数据指针 MOV 22H, #00H MOV 21H, #08H ; 设置发送数据指针设置发送数据指针 MOV 20H, #00H MOV R5, #00H ; 累加和单元置零累加和单元置零 MOV R7, #COUNT ; 设置字节长度设置字节长度 INC R7 CINT: JBC RI, REV1 ; 若接收若接收,转转REV1 RETIREV1: JNB RB8, REV3 MOV A, SBUF CJNE A, #03H, REV2 ; 若与本机地址不符若与本机地址不符,转转REV2 CLR SM2 ; 0SM2 MOV SBUF, #00H ; 与本机地址符合与本机地址

43、符合,回送回送“00”REV2: RETIREV3: DJNZ R7, RT ; 若未完若未完,继续接收和发送继续接收和发送 MOV A, SBUF ; 接收校验码接收校验码 XRL A, R5 JZ RIGHT ; 校验正确校验正确,转转RIGHT MOV SBUF, #0FFH ; 校验不正确校验不正确,回送回送“FF” SETB F0 ; 置错误标志置错误标志 CLR ES ; 关中断关中断 RETIRIGHT: MOV SBUF, #00H ; 回送回送“00” CLR F0 ; 置正确标志置正确标志 CLR ES ; 关中断关中断 RETI RT: MOV A, SBUF ; 接收数

44、据接收数据 MOV DPH, 23H MOV DPL, 22H MOVX DPTR, A ; 存接收数据存接收数据 ADD A, R5 MOV R5, A ; 数据累加数据累加 INC DPTR MOV 23H, DPH MOV 22H, DPL MOV DPH, 21H MOV DPL, 20H MOVX A, DPTR ; 取发送数据取发送数据 INC DPTR MOV 21H, DPH MOV 20H, DPL MOV SBUF, A ; 发送发送 ADD A, R5 MOV R5, A ;数据累加数据累加 RETI USB是英文是英文Universal Serial Bus的缩写，中文

45、含义是的缩写，中文含义是“通用串行总线通用串行总线”。它是一种应用在。它是一种应用在PC领域的新型接口技术。早在领域的新型接口技术。早在1995年，就已经有年，就已经有PC机带有机带有USB接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些PC机的机的USB接口都闲置未用。接口都闲置未用。1998年后，随着微软在年后，随着微软在Windows 98中内置了对中内置了对USB接口的支持模块，加上接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，设备的日渐增多，USB接接口才逐步走进了实用阶段。口才逐步走进了实用阶段。 这几年，随着大量支持这几年，随着大量支持USB的

46、个人电脑的普及，的个人电脑的普及，USB逐步成为逐步成为PC机的标准接口已经是大势所趋。在主机机的标准接口已经是大势所趋。在主机(host)端，最新推出的端，最新推出的PC机几乎机几乎100%支持支持USB；而在外设；而在外设(device)端，使用端，使用USB接口的设备也与日接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等等。打印机、键盘、鼠标等等。USB的概念的概念5.3 通用串行总线接口通用串行总线接口 USB USB的特点的特点1.使用方便使用方便2.速度快速度快3.连接灵活连接灵

47、活4.独立供电独立供电5.支持多媒体支持多媒体1 1、可以热插拔。这就让用户在使用外接设备时，不需要重复、可以热插拔。这就让用户在使用外接设备时，不需要重复“关机关机- -将并口或串口电缆接上将并口或串口电缆接上- -再开机再开机”这样的动作，而是直接在这样的动作，而是直接在PCPC开机开机时，就可以将时，就可以将USBUSB电缆插上使用。电缆插上使用。2 2、携带方便。、携带方便。USBUSB设备大多以设备大多以“小、轻、薄小、轻、薄”见长，对用户来说见长，对用户来说，同样，同样20G20G的硬盘，的硬盘，USBUSB硬盘比硬盘比IDEIDE硬盘要轻一半的重量。硬盘要轻一半的重量。3 3、标

48、准统一。大家常见的是、标准统一。大家常见的是IDEIDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了的打印机扫描仪，可是有了USBUSB之后，这些应用外设统统可以用同样之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与的标准与PCPC连接，这时就有了连接，这时就有了USBUSB硬盘、硬盘、USBUSB鼠标、鼠标、USBUSB打印机，等等打印机，等等。4 4、可以连接多个设备。、可以连接多个设备。USBUSB在在PCPC上往往具有多个接口，可以同时连上往往具有多个接口，可以同时连接几个设备，如果接上一个有接几个设备，如果接上一个有4 4个端口的个端口的USB H

49、UBUSB HUB时，就可以再连上时，就可以再连上4 4个个USBUSB设备，许多设备都同时连在一台设备，许多设备都同时连在一台PCPC上而不会有任何问题上而不会有任何问题( (注：最注：最高可连接至高可连接至127127个设备个设备) )。优点优点 COMPAQ、Hewlett Packard、Intel、Lucent、Microsoft、NEC和和PHILIPS这这7家厂商联合制定了家厂商联合制定了USB 2.0接口标准。接口标准。USB 2.0将设备将设备之间的数据传输速度增加到了之间的数据传输速度增加到了480Mbps，比，比USB 1.1标准快标准快40倍左倍左右，而且具有多种速度的

50、周边设备都可以被连接到右，而且具有多种速度的周边设备都可以被连接到USB 2.0的线路上的线路上，而且无需担心数据传输时发生瓶颈效应。，而且无需担心数据传输时发生瓶颈效应。 如果用如果用USB 2.0的扫描仪，扫一张的扫描仪，扫一张40M的图片只需半分钟左右的的图片只需半分钟左右的时间时间USB接口标准接口标准USB1.1接口接口 目前目前USB设备虽已被广泛应用，但比较普遍的是设备虽已被广泛应用，但比较普遍的是USB1.1接口，接口，它的传输速度仅为它的传输速度仅为12Mbps。例如，当用。例如，当用USB1.1的扫描仪扫一张大的扫描仪扫一张大小为小为40M的图片，需要的图片，需要4分钟之久

51、。分钟之久。USB2.0接口接口 USB2.0可以使用原来可以使用原来USB定义中同样规格的电缆，接头的规格也定义中同样规格的电缆，接头的规格也完全相同，在高速的前提下一样保持了完全相同，在高速的前提下一样保持了USB 1.1的优秀特色，并且，的优秀特色，并且，USB 2.0的设备不会和的设备不会和USB 1.X设备在共同使用的时候发生任何冲设备在共同使用的时候发生任何冲突。突。 另外，在软件方面，另外，在软件方面，Windows是完整的支持是完整的支持USB 1.X，对于，对于USB 2.0，系统可以认出，而且能够正常工作，但是，系统可以认出，而且能够正常工作，但是USB 2.0并不能充分发

52、并不能充分发挥其性能优势，系统检测到挥其性能优势，系统检测到USB 2.0的设备后，会提示说你的的设备后，会提示说你的USB设设备需要优化。备需要优化。LINUX、MACOS、BEOS到是走到了前面，都有了相关的软件支持到是走到了前面，都有了相关的软件支持或者系统程序包。或者系统程序包。 现在现在WINDOWS XP已经完全支持已经完全支持USB 2.0设备。设备。 USB2.0标准已成为下一代周边设备接口的重要趋势。标准已成为下一代周边设备接口的重要趋势。USB设备之间的联接线有设备之间的联接线有4根：根：2根是电源（根是电源（+5V）和地；另）和地；另外两根是信号线（外两根是信号线（D+和

53、和D-）。）。目前，已推出目前，已推出USB单片机，与通用单片机兼容单片机，与通用单片机兼容, 内含内含USB收发器收发器，用于计算机外设等智能设备。，用于计算机外设等智能设备。USB连接的拓扑结构连接的拓扑结构星型拓扑结构星型拓扑结构一个一个USB系统包含三类硬件设备系统包含三类硬件设备: USB主机主机(USB HOST)、 USB设备设备(USB DEVICE)、USB集线器集线器(USB HUB) ，管理管理USBUSB系统；系统；每毫秒产生一帧数据；每毫秒产生一帧数据；发送配置请求对发送配置请求对USBUSB设备进行配置操作；设备进行配置操作；对总线上的错误进行管理和恢复对总线上的错

54、误进行管理和恢复 (1)USB HOST 各类设备的功能各类设备的功能(2) USB DEVICE 在一个在一个USB系统中，系统中，USB DEVICE和和USB HUB总数不能超过总数不能超过127个。个。USB DEVICE接收接收USB总线上的所有数据包，通过数据包的地总线上的所有数据包，通过数据包的地址域来判断是不是发给自己的数据包：若地址不符，则简单地丢址域来判断是不是发给自己的数据包：若地址不符，则简单地丢弃该数据包；若地址相符，则通过响应弃该数据包；若地址相符，则通过响应USB HOST的数据包与的数据包与USB HOST进行数据传输进行数据传输 (3) USB HUB USB

55、 HUB用于设备扩展连接，所有用于设备扩展连接，所有USB DEVICE都连接在都连接在USB HUB的端口上。一个的端口上。一个USB HOST总与一个根总与一个根HUB (USB ROOT HUB)相连。相连。USB HUB为其每个端口提供为其每个端口提供100mA电流供设备使用。同时，电流供设备使用。同时，USB HUB可以通过端口的电气变化诊断可以通过端口的电气变化诊断出设备的插拔操作，并通过响应出设备的插拔操作，并通过响应USB HOST的数据包把端口状态汇报的数据包把端口状态汇报给给USB HOST。一般来说，。一般来说，USB设备与设备与USB HUB间的连线长度不超间的连线长度

56、不超过过5m，USB系统的级联不能超过系统的级联不能超过5级（包括级（包括ROOT HUB）。）。USB星型拓扑结构星型拓扑结构USB协议定义了在协议定义了在USB系统中主机与系统中主机与USB设备之间的连接和通信，其设备之间的连接和通信，其物理拓扑结构如图物理拓扑结构如图1所示。这种结构是星型的层层向上方式，也可以所示。这种结构是星型的层层向上方式，也可以看成是一级与一级的级联方式。允许最多连接看成是一级与一级的级联方式。允许最多连接127个设备，最上层时个设备，最上层时USB主控器。由于主控器。由于USB不像其他总线一样采用存储转发技术，所不像其他总线一样采用存储转发技术，所以不会对下层的

57、设备引起延迟。以不会对下层的设备引起延迟。 USB系统的典型应用系统的典型应用对对PC微机而言，微机而言，USB系统中的主机就是一台带系统中的主机就是一台带USB主控制器的主控制器的PC机，机，USB主控制器由硬件、软件、微代码组成。在主控制器由硬件、软件、微代码组成。在USB系统中系统中只有一台只有一台USB主机，主机是主设备，它控制主机，主机是主设备，它控制USB总线上所有的信总线上所有的信息传送。根集线器与主机相连，下层就是息传送。根集线器与主机相连，下层就是USB集线器和功能设集线器和功能设备。备。PC微机的微机的USB拓扑结构中，拓扑结构中，USB设备具体连接方式如下图设备具体连接方

58、式如下图所示。所示。(1) PC微机的微机的USB拓扑结构拓扑结构 市场上现已有很多公司提供的市场上现已有很多公司提供的USB接口器件，如接口器件，如PHILIPS的的PDIUSBD11/PDIUSBD12，OKI的的MSM60581，NATIONAL的的USBN9602，LUCENT的的USS-820/USS-620，SCANLOGIC的的SL11，等等。，等等。同时也有很多带同时也有很多带USB接口的处理器，如接口的处理器，如CYPRESS的的EZ-USB，AMD的的AM186CC，ATMEL的的AT43320，MOTOROLA的的PPC823/PPC850，等等。，等等。(2) USB接

59、口器件接口器件下面看一下下面看一下SCANLOGIC的的USB接口器件接口器件SL11HT特点：特点：遵从遵从USB1.1标准；标准；支持全速支持全速/低速传输；低速传输；支持主机支持主机/设备端两种模式；设备端两种模式； 3.3/5.0V供电；供电；片内包含片内包含256个字节的个字节的SRAM； 48MHz晶振输入。晶振输入。 SL11HT接口硬件框图接口硬件框图 5.4 现场总线通信标准现场总线通信标准现场智能仪表的通信协议，现场智能仪表的通信协议， 逐步采用由国际专业标逐步采用由国际专业标准化组织（准化组织（ IEC等等 ）制订的工业控制用现场总线标）制订的工业控制用现场总线标准。准。

60、 各厂商已推出具有各厂商已推出具有 PROFIBUS、FF、CAN、LonWorks等现场总线标准的智能仪表，有的仪表还带有等现场总线标准的智能仪表，有的仪表还带有以太网接口，可连以太网接口，可连Ethernet网。网。 现场总线是现场总线是20世纪世纪80年代中期在国际上开始出现，年代中期在国际上开始出现，90年代初发年代初发展形成的。它是应用于生产现场、微机化测量设备之间以及现展形成的。它是应用于生产现场、微机化测量设备之间以及现场与控制室（或控制设备）之间的一种双向串行、多节点的数场与控制室（或控制设备）之间的一种双向串行、多节点的数字通信系统，也被称为开放式、数字化、多节点通信的底层控